초전도체는 저항 없이 전류를 흐르게 하는 반면, 토폴로지 부도체는 전자의 이동을 가장자리로 제한하는 몇 원자 두께의 얇은 필름이므로 독특한 특성을 나타냅니다. 연구팀은 펜 스테이트 특별한 전기적 특성을 지닌 두 가지 재료를 결합하는 새로운 방법을 찾았습니다. 그들의 방법은 토폴로지의 기초를 제공합니다. 양자 컴퓨터 기존 제품보다 더 안정적입니다.
이번 연구에 참여한 연구진은 분자빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy) 기술을 이용해 위상학적 절연체를 합성하고, 초전도체 영화. 그런 다음 그들은 위상적 초전도 현상을 탐구하기 위한 훌륭한 플랫폼인 2차원 이종 구조를 만들었습니다.
두 물질을 혼합하기 위한 초기 연구에서 박막의 초전도성은 일단 위상 절연체 층이 상부에 개발되면 일반적으로 사라집니다. 물리학자들은 두 물질의 특성을 보존하면서 3차원 “벌크” 초전도체에 위상학적 절연체 시트를 추가했습니다. 그러나 양자 컴퓨터나 스마트폰 내부의 전력 소비가 낮은 칩과 같은 위상학적 초전도체에 대한 응용은 2차원적이어야 합니다.
이번 연구에서 연구진은 단층의 니오븀 디셀레나이드(NbSe2)로 만든 초전도체 필름 위에 셀렌화 비스무트(Bi3Se2)로 만든 위상 절연체 필름을 서로 다른 두께로 적층해 XNUMX차원 최종 제품을 만들었다. 매우 낮은 온도에서 이종 구조를 합성함으로써 팀은 위상학적 특성과 초전도 특성을 유지했습니다.
Penn State Chang Research Group의 박사후 연구원이자 논문의 첫 번째 저자인 Hemian Yi는 다음과 같이 말했습니다. "초전도체에서 전자는 '쿠퍼 쌍'을 형성하고 저항이 전혀 없이 흐를 수 있지만 강한 자기장은 이러한 쌍을 깨뜨릴 수 있습니다."
“우리가 사용한 단층 초전도체 필름은 'Ising형 초전도성'으로 알려져 있는데, 이는 Cooper 쌍이 평면 내 자기장에 대해 견고하다는 것을 의미합니다. 우리는 이종 구조에서 형성된 위상적 초전도 단계가 이러한 방식으로 견고할 것으로 기대합니다.”
연구진은 토폴로지 절연체의 두께를 미묘하게 변화시킴으로써 전자 스핀이 필름에 수직인 이싱형 초전도체에서 전자 스핀이 필름에 평행한 '라쉬바형 초전도체'로 이종구조가 변화하는 것을 발견했다. . 이러한 현상은 연구진의 이론적 계산과 시뮬레이션에서도 관찰된다.
이 이종구조는 마조라나 페르미온을 탐구하기 위한 좋은 플랫폼이 될 수도 있습니다. 이 파악하기 어려운 입자는 위상학적 양자 컴퓨터를 이전 모델보다 훨씬 더 안정적으로 만들 것입니다.
Cui-Zu Chang, Henry W. Knerr 초기 경력 교수 및 Penn State 물리학 부교수, 말했다, “이것은 위상적 초전도체 탐구를 위한 훌륭한 플랫폼이며, 우리는 지속적인 연구에서 위상적 초전도성의 증거를 찾을 수 있기를 희망합니다. 위상적 초전도성에 대한 확실한 증거가 확보되고 마요라나 물리학이 입증되면 이 시스템은 양자 컴퓨팅 및 기타 응용 분야에 적용될 수 있습니다.”
저널 참조 :
- Cui-Zu Chang, 에피택셜 Bi2Se3/단일층 NbSe2 이종구조에서 Ising-에서 Rashba형 초전도성으로의 교차, 자연 재료 (2022). DOI : 10.1038 / s41563-022-01386-z
